吕梁地区临县东部汉高山群构造演化特征浅析*

苟钧壹 何登发

（1.中国地质大学（北京）能源学院 北京 100083；
2.海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室 北京 100083）

华北克拉通自古元古代末期吕梁运动之后固结形成了稳定的结晶基底，进入了地台演化阶段的稳定盖层发育期（翟明国，2019），中—新元古界沉积盖层自此发育。吕梁地区汉高山群为一套以陆相—滨海相沉积建造，夹有火山岩沉积，被认为是中元古界第一套沉积盖层（王彦斌等，2022）。乔秀夫等（2014）通过Shrimp 锆石U-Pb 定年获得其 年 龄 为 1 778±20 Ma；

Yang et al.（2019）通 过 Cameca1280 测 得 其 中 流 纹 岩 锆石207Pb/206Pb 的加权平均年龄为1 776±6 Ma；
王彦斌等（2022）通过汉高山群中安山岩锆石U-Pb 定年获得其年龄为1 769±9 Ma，限定汉高山群时代为1 770 Ma；
Pang et al.（2022）通过锆石定年将汉高山群年龄约束在1.8～1.69 Ga，他们都认为汉高山群为华北克拉通裂解初期的沉积响应。乔秀夫（1985）首先通过火山岩岩浆作用提出了吕梁—陕豫裂陷槽；
乔秀夫（2014）认为在吕梁裂陷槽是中元古代早期熊耳裂陷槽向北延伸的三叉裂谷系中其中一支组成部分。一些学者通过对比熊耳群火山岩与吕梁地区小两岭组火山岩年龄与同位素对比特征亦认同此观点（Yang et al.，2019；
雷天，2021；
雷天等，2022）。汉高山群作为吕梁地区第一套沉积盖层，至今在地表仍有出露，中间经历了长达近18 亿年的地质活动。基于此，本文通过野外工作与2D-Move 模拟软件，截取吕梁地区汉高山剖面，通过正反演模拟，结合大地构造背景，初步探讨汉高山群建造以及后期改造过程，为揭示华北克拉通中元古代裂谷盆地的形成与演化提供新思路。

研究区汉高山群位于吕梁隆起西侧临县东部，方山县以西5 km 汉高山一带（图1a），出露面积约3.1 km2，厚度约700 m，根据露头位置可分为南段和北段。区域上，北段汉高山群西侧与古元古界界河口群黑云斜长片麻岩呈角度不整合接触，东侧与中寒武统灰岩呈不整合接触，南北两侧被第四系覆盖；
南段汉高山群东侧与中奥陶统白云岩呈断层接触，北侧被第四系覆盖，西侧和南侧与中寒武统灰岩呈不整合接触，汉高山群中伴随辉绿岩侵入。前人根据地层接触关系、岩石组合、沉积旋回等将汉高山群划分为3 个组，但因其分布局限问题，目前仍未按地理命名，故将其简称为第一组、第二组与第三组（王瑞军，2013）。此次研究围绕南段较完整的露头剖面（图1b）展开。

图1 汉高山地区地质简图（a.据山西省地质矿产局，1989）和汉高山地区剖面图（b）Fig.1 Geological sketch map of the Hangao Mountain area（a.Shanxi Provincial Geological Prospecting Bureau，1989）and geological profile of Hangao mountain area（b）

汉高山群第一组地层整体厚度超过380 m，为汉高山群主要地层，分布于汉高村以南，以角度不整合超覆于古元古界界河口群之上。汉高山群第一组可划分为3 段，下段以灰黄色、紫红色砾岩（图2a）为主，砾石分选磨圆差，砾石成分主要来自下部古元古界界河口群片麻岩、古元古界野鸡山群石英岩、变质基性火山岩，发育有板状交错层理，厚度约80 m；
中段由灰黄色含砾砂岩（图2b）组成，砾石分选性差，磨圆程度低，厚度约50 m；
上段为紫红色页岩夹薄层灰绿色页岩、紫红色钙质细砂岩，紫红色砂质页岩（图2c）与灰黄色砂质粗粒长石砂岩及一层凝灰岩，厚度约250 m。沈其韩（2005）在页岩层中提取到广泛发育于前苏联震旦系和寒武系中的微古植分子：Margominuscula yugosa（有褶厚缘小球藻）、Trachysphaeridium mimtum（小粗面球形藻）。

汉高山群第二组地层厚度约240 m，位于汉高山村南侧，与下覆汉高山群第一组不整合接触。下部地层为黄色、灰黄色含砾长石砂岩（图2d），砾石分选性差，磨圆程度低；
上部地层为灰黄色含砾长石粗砂岩，夹有灰紫色、灰黄色薄层页岩，上下地层间具有沉积间断。

汉高山群第三组地层厚度约40 m，分布于汉高村南侧以及汉高山南坡，以不整合覆盖于汉高山群第二组之上，两组地层中具有沉积间断。第三组地层底部为灰白色砾岩，砾石成分以石英岩为主，次为变质基性火山岩，呈滚圆状；
中部为一套安山岩，上部为紫红色页岩（图2e）或含云母页岩与白色中层状石英砂岩互层（图2f）。

图2 吕梁地区汉高山群野外照片Fig.2 Field photographs of Hangaoshan Group from Lüliang area

研究区位于吕梁隆起西侧，汉高山群地层倾向大致呈SSW（实测产状：217°∠27°，171°∠27°，188°∠29°），横穿南段汉高山群的近EW 向剖面表现为西倾的单斜构造，其中方山断裂（Ff）为汉高山群的同沉积主断层（图1b），断层上盘为中元古界汉高山群、中-上寒武统和下-中奥陶统，中奥陶统以角度不整合覆盖于汉高山群之上，随后第四系覆盖于奥陶系之上；
断层下盘为古元古界野鸡山群、中-上寒武统和下-中奥陶统，中寒武统以角度不整合覆盖于野鸡山群之上，下盘地层与上盘地层相较更陡。通过2D-Move 对其进行反演和正演模拟后，刻画了如图3所示的演化剖面示意图。汉高山群大体经历了中元古代早期的断陷盆地、早古生代的全面海侵、中生代的构造反转几个主要演化阶段。

图3 汉高山群演化阶段示意图Fig.3 Evolution stage diagram of Hangaoshan Group

3.1 中元古代早期

吕梁运动构造—热事件的结束，标志着华北克拉通结晶基底的形成。中元古代早期（1.8～1.75 Ga）华北克拉通开始伸展裂解，在古吕梁隆起的西侧形成了汉高山断陷盆地，同时伴有辉绿岩墙侵入。方山断裂为汉高山断陷盆地的边界断层。汉高山群第一组底部灰黄色砾岩为同沉积方山断裂崩塌石块堆积与泥石流，砾石来自古元古界界河口群的石英岩、片麻岩、变质砾岩，为裂解初期堆积的产物；
伴随地壳缓慢拉伸，方山断裂的持续活动，汉高山群向上逐渐过渡为含砾砂岩、砂岩和薄层泥岩，以辫状河三角洲、滨湖相为主的陆相沉积为代表；
再向上的汉高山群第三组紫红色泥页岩及细粒碎屑岩滨海相环境的出现，伴随安山岩的喷发，表明盆地继续扩大，陆壳进一步伸展，沉积环境由陆相逐渐向海相过渡转为滨海相沉积。汉高山群整体为一套陆相—滨海相沉积建造，为陆内裂谷盆地的典型构造特征，盆地为一个向南倾斜的古地形；
河流动力学参数计算表明其为高流态山区辫状河，汉高山古河平均流速0.86～2.00 m/s，平均水面坡度为0.008～0.023，流量48.7 m3/s（黄德志，1990）。而火山岩的沉积建造则代表了全球Columbia 超大陆裂解初期的沉积记录。赵太平等（2004）通过熊耳群与小两岭组的火山岩年龄认为汉高山断陷盆地中火山岩停止喷发的年龄为1 750 Ma，而盆地闭合时间尚未明确。

3.2 早古生代

早古生代时期，华北克拉通受北侧古亚洲洋与南侧古秦岭洋扩张影响，克拉通内地幔物质开始向两侧洋盆的扩张运动，使得华北克拉通整体下沉，海侵开始，形成了华北陆表海盆地（尚景武，2020）。在吕梁地区，中-新元古代时期一直位于吕梁隆起构造高部位之上，此期间吕梁隆起一直处于抬升剥蚀阶段，虽然从早寒武世开始华北克拉通接受海侵，但吕梁地区以及华北克拉通内大多数地区仍为古陆，因而研究区内普遍缺失汉高山群以来中元古界—早寒武统的沉积记录。从中寒武世开始，海侵范围逐渐扩大，华北克拉通上连续的古陆被分割，面积逐渐萎缩，吕梁地区开始接受海相沉积。其中方山断裂上盘汉高山群之上表现为中寒武统以角度不整合超覆，断层下盘表现为中寒武统以角度不整合超覆于古元古界野鸡山群之上，寒武系海相沉积向吕梁隆起逐渐尖灭，此时方山断裂仍为正断层性质且尚未活化。

3.3 中生代

中生代早期，古太平洋板块向华北板块俯冲，造成了华北克拉通的破坏，破坏作用主要集中在华北克拉通东部地区，而西部为克拉通改造（朱日祥等，2011）。吕梁地区在经历挤压作用后表现为基底卷入型厚皮构造（张北航等，2021）。研究区在经历加里东运动改造后，吕梁隆起西侧无志留系—石炭系沉积记录，二叠系以角度不整合覆盖于奥陶系之上，此后沉积三叠系地层。早期的方山断裂此时重新活化，转变为逆断层，断层向上倾角逐渐变陡，断层上盘汉高山群—三叠系地层由于方山断裂活化反转，沿断层转折轴产生挤压变形形成背斜，下盘地层由于靠近吕梁隆起核部，受到东西两侧应力挤压后较上盘地层更陡。汉高山群由此开始向上逆冲，由中元古代早期的断陷盆地转变为吕梁造山带。

自中生代以来，吕梁地区一直处于挤压环境，方山断裂不断活动，上盘沉积地层不断向上逆冲，二叠系—三叠系在吕梁隆起上被剥蚀殆尽，而三叠系之后的地层也因抬升剥蚀而无沉积记录。最终，汉高山群被抬升至地表沿剥蚀线剥露形成现今样式，剖面西侧第四系超覆在奥陶系之上。

华北克拉通临县东部汉高山地区在中元古代早期为一断陷盆地，汉高山群自此开始沉积，方山断裂为汉高山群的同沉积断裂，汉高山群为一套陆相—滨海相沉积建造，伴随火山岩沉积。之后随吕梁隆起抬升剥蚀，汉高山地区缺乏汉高山群之上中元古界—早寒武统沉积记录，中寒武世海侵扩张开始，中寒武统及之上地层的海相沉积以角度不整合覆盖于汉高山群之上。此后汉高山群经历中生代构造反转，吕梁地区转变为挤压环境，方山断裂活化反转为逆断层，将汉高山群逐渐抬升至地表，区域内二叠系—三叠系地层先后被剥蚀，第四系覆盖于奥陶系之上，最终汉高山群—奥陶系沿剥蚀线剥露形成现今格局。